[发明专利]一种双谐振双激励纵振换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种换能器，特别是一种双谐振双激励纵振发射换能器，此种类型的换能器可作为各类探测声纳、水下无人航行器及水下通讯设备的宽带或窄带声源。

背景技术

在水声领域中，随着现代声纳技术及武器装备技术的发展，以及现代信号处理技术、电子技术、通讯技术和计算机技术的日新月异，对换能器及换能器阵列提出了越来越高的要求。宽频带换能器技术在后续信号处理中的地位越来越重要。在许多工程项目中对于频带都提出了较高的要求。换能器是感知声、磁、电、光等物理量的窗口，是一切信息处理的前端，换能器获取信息的优劣直接影响着后续的判断和识别，宽频带的换能器可以提供更多的信息。宽频带换能器在水声领域中是探测通讯的关键器件，它的性能优劣关系着信号的传输和调频信号的发射，因此对于声纳探测至关重要。

纵振复合棒换能器是目前常用的换能器，它既可以做大功率发射，也可以作为接收阵元，并且体积小重量轻，在水声和超声技术中广泛应用。目前仅利用单一振动模态的纵振换能器很难做到机械品质因数Qm＜3(Q_m＝f_r/Δf，f_r为谐振频率，Δf为带宽)，要想换能器具有更宽的频带只有采用多模态耦合振动才能实现。当前拓宽换能器频带的方法有：利用辐射头的弯曲振动、匹配层技术和多谐振多激励技术。

双谐振双激励技术是一种拓宽纵振换能器频带的重要技术。将换能器的两个模态设计在合适的频率范围内，同时调整谐振模态的幅值使两个谐振模态点之间的起伏在很小的范围内，可以实现宽频带。孙好广等发表在2003年第3期《声学与电子工程》的文章《双激励宽带换能器的有限元设计》中，提到了用两个晶堆来实现宽带，前晶堆是两片串联，后晶堆是4片并联，然后前后晶堆并联，其结果是换能器的发生响应起伏在5dB以上，频带起伏很大，由此可见，在实际仿真计算和实验中很难使两谐振之间的起伏在-3dB以内。

发明内容

本发明的目的是解决目前双谐振双激励纵振换能器的谐振点的幅值控制问题，从而提供一种双谐振双激励纵振换能器。

本发明提出的双谐振双激励纵振换能器包括辐射头1、前晶堆2、中间质量3、后晶堆6、尾负载7、第一、第二、第三、第四绝缘垫片、螺母8和预应力螺杆12，所述辐射头1和螺母8分别安装在预应力螺杆12的两端，在预应力螺杆上，沿着从辐射头1至螺母8的方向上依次安装有第一绝缘垫片、前晶堆2、第二绝缘垫片、中间质量3、第三绝缘垫片、后晶堆6、第四绝缘垫片和尾负载7；

所述前晶堆2由至少两片偶数片压电陶瓷元件叠置组成，所述后晶堆6由至少一片压电陶瓷元件组成；

所述前晶堆2中的偶数片压电陶瓷元件被平均分成两组，每组内的压电陶瓷元件分别串联后，再将这两组压电陶瓷元件并联起来，并且前晶堆2的正电极13与前晶堆2中的每一组压电陶瓷元件的正极电连接，前晶堆2的负电极14与前晶堆2中的每一组压电陶瓷元件的负极电连接；

所述前晶堆2的正电极13与后晶堆6的负电极16电连接作为换能器的正电极，前晶堆的负电极14与后晶堆6的正电极15电连接作为换能器的负电极，得到宽带发射的换能器；或者所述前晶堆2的正电极13与后晶堆6的正电极15电连接作为换能器的正电极，前晶堆的负电极14与后晶堆6的负电极16电连接作为换能器的负电极，得到窄带高灵敏度发射的换能器。

进一步地，当后晶堆6的压电陶瓷元件为两个或两个以上时，所述各压电陶瓷元件之间为并联，并且后晶堆6的负电极16电连接至该晶堆中每一片压电陶瓷片的负极，后晶堆6的正电极15电连接至该晶堆中每一片压电陶瓷片的正极。

进一步地，前晶堆2与后晶堆6中的压电陶瓷元件的个数比为2∶3。

进一步地，所述辐射头1的材料为硬铝，所述中间质量3的材料为钢，所述尾负载7材料为黄铜。

进一步地，所述换能器的各个部分之间采用环氧树脂粘结在一起。

本发明的优点在于：

本发明将一个换能器的激励源分成两部分，通过两个激励源正负电极之间不同组合连接，使换能器有不同的性能；能够实现宽频带而且起伏小，工艺制作简单，可以控制换能器的工作带宽；

本发明提供的双谐振双激励纵振换能器，可作为各类探测声纳、水下无人航行器及水下通讯设备的宽带或窄带声源，具有低机械品质因数Qm、频带宽、灵敏度高的特点。

附图说明

图1是本发明中的换能器内部结构示意图；

图2是本发明中换能器前晶堆结构示意图；

图3是本发明中换能器后晶堆结构示意图；